Estudo do Atrito em Lentes de Contacto Gelatinosas

Abstract

Understanding the biotribology involved between contact lenses and the eye, namely the friction between the eyelid and the surface of the contact lens during the blink movement, is a crucial factor in avoiding irritation, discomfort and other eye infections.The aim of the present dissertation is to investigate the tribological behavior of soft contact lenses under different contact conditions. Since there is no commercially available equipment, a tribometer has been developed for this purpose, which operates as a pendulum with vibration horizontal movement and can be considered a vibratory mass - spring - damper mechanical system. The friction assessment method is based on the evaluation of the free damping vibration movement, of the mass - spring system, induced by a mechanical impulse. The contact with the lenses acts as a supplementary dissipation of energy and the friction is determined by inverse analysis, compared to the analytical equation of movement.Thus, the main objectives of this dissertation were: to verify the principles and applicability of the experimental method in contact lenses under different contact conditions, to validate the results and to study the effect of aging of contact lenses in the friction.Four different commercial contact lenses were tested under lubrificated conditions, being the contact lubrificated with a buffered saline solution, the applied normal load was varied between 21 and 62 mN and the sliding velocities between 100 and 200 mm/s. The friction model, adjusted from the experimental results, includes a Coulomb part more a viscous component.In all cases, a good linearity of the results of the friction force was verified as a function of the normal force, so the first friction law can be applied to determine the value of the coefficient of friction. For the new contact lenses, coefficient of friction values were obtained between 0,0051 and 0,0275, the hydrogel lens presented the highest value in comparison with silicone-hydrogel and hypergel lens.The aging procedure of contact lenses was simulated by a cycling process considering that the main parameter influencing the material surface is the transition between the closed and open eye and the exposure to environmental aggressions, particularly ultraviolet radiation. The values of the coefficient of friction and modulus of elasticity before and after the aging process were compared and was verified the increase of both parameters for all contact lenses. The hydrogel lens was the least affected by aging and the silicone - hydrogel lens based on delefilcon A was the one that showed the least stability of properties.The experimental method was validated by comparing the results with obtained in an alternative linear motion tribometer. There was an equal behavior in hierarchical terms of the coefficient of friction. With this, it was concluded that the experimental method and the inverse analysis technique is an efficient and reliable method in characterizing the friction of materials such as contact lenses.

A compreensão da biotribologia envolvida entre as lentes de contacto e o olho, nomeadamente o atrito entre a pálpebra e a superfície da lente de contacto durante o movimento de pestanejar, é um fator crucial para evitar irritação, desconforto e outras infeções oculares.O objetivo da presente dissertação é investigar o comportamento tribológico de lentes de contacto gelatinosas sob diferentes condições de contacto. Como não há equipamento disponível comercialmente, foi desenvolvido um tribómetro para o efeito, que opera como um pêndulo com movimento horizontal de vibração e pode ser considerado um sistema mecânico vibratório massa - mola - amortecedor. O método de avaliação do atrito é baseado na avaliação do movimento livre de vibração de amortecimento, do sistema massa - mola, induzido por um impulso mecânico. O contacto com as lentes de contacto atua como uma dissipação suplementar de energia e o atrito é determinado pela análise inversa por comparação com a equação analítica de movimento. Assim, os principais objetivos desta dissertação foram: verificar os princípios e aplicabilidade do método experimental em lentes de contacto gelatinosas sob diferentes condições de contacto, validar os resultados e estudar o efeito do envelhecimento das lentes de contacto no atrito. Foram testados quatro tipos de lentes de contacto disponíveis comercialmente sob condições de contacto lubrificado com solução salina tamponada, com cargas normais aplicadas entre 21 e 62 mN e velocidades de deslizamento de 100 a 200 mm/s. O modelo de atrito, ajustado a partir dos resultados experimentais, inclui uma parte de Coulomb mais um componente viscoso.Em todos os casos, verificou-se uma boa linearidade dos resultados da força de atrito em função da força normal, logo pode-se aplicar a primeira lei de atrito para determinar o valor do coeficiente de atrito. Para as lentes de contacto novas, obtiveram-se valores de coeficiente de atrito entre 0,0051 e 0,0275, sendo que a lente de hidrogel, em comparação com as de silicone - hidrogel e de hypergel, apresentou o maior valor. O procedimento de envelhecimento das lentes de contacto foi simulado por um processo de ciclagem, onde se considerou que o principal parâmetro que influencia a superfície do material é a transição entre o olho fechado e aberto e a exposição a agressões ambientais, particularmente à radiação ultravioleta. Foram comparados os valores do coeficiente de atrito e do módulo de elasticidade antes e após o processo de envelhecimento e verificou-se o aumento de ambos os parâmetros para todas as lentes de contacto. A lente de hidrogel foi a menos afetada pelo envelhecimento e a lente de silicone - hidrogel à base de delefilcon A foi a que apresentou a menor estabilidade das propriedades.O método experimental foi validado por comparação dos resultados com os obtidos num tribómetro de movimento linear alternativo. Verificou-se um comportamento igual em termos hierárquicos dos valores do coeficiente de atrito e, portanto, conclui-se que o método experimental e a técnica de análise inversa é um método eficaz e fidedigno na caracterização do atrito de materiais como o das lentes de contacto.